Уже несколько лет назад ученые заинтересовались эффектом возникающих на различных находящихся в воде поверхностях нанопузырьков. Их существование, считавшееся невозможным, тем не менее наблюдается в течение нескольких часов. Загадочное явление побудило ученых из университета Твенте (Голландия) попытаться описать и научиться управлять появлением этих трехфазных наноструктур. Такие пузырьки, по мнению ученых, могут существенно уменьшать гидравлическое сопротивление при перетекании жидкостей.

Если водоотталкивающий материал поместить под воду, на его поверхности образуются мельчайшие нанопузырьки: их диаметр составляет 50–200 нм, а толщина – 5–20 нм. Пузырьки настолько малы, что их невозможно разглядеть даже с помощью обычного микроскопа, и об их существовании стало известно только несколько лет назад.

Согласно современным теориям такие образования не могут существовать, поскольку давление внутри них должно быть слишком велико и сжимаемый газ, их образующий, в считанные секунды изнутри разрушит пузырек. Однако исследования показывают, что напротив, такие пузырьки могут оставаться стабильными в течение долгого времени. Если научиться управлять этим явлением, порождая нанопузырьки и манипулируя их свойствами, то можно ожидать практического применения этого интересного поверхностного эффекта.

Например, можно существенно уменьшить сопротивление трению при перетекании жидкостей в очень узких трубках за счет эффекта «смазки» поверхности нанопузырьками. Такому практическому применению, конечно же, должно предшествовать детальное изучение природы возникновения нанопузырьков. Для этой задачи оказался незаменимым инновационный методологический подход, называемый «lab-on-a-chip», или «лаборатория на чипе», разработанный в 2007 году специально для анализа и разделения наночастиц и пиколитровых капель, находящихся в потоке жидкости.

Трехмерное представление нанопузырьков на водоотталкивающей поверхности

Получение нанопузырьков

С помощью электролиза ученым удалось добиться контролируемого образования нанопузырьков на поверхности – варьирование подаваемого напряжения приводит к изменению их размеров и количества. Возможности атомного силового микроскопа помогли манипулировать пузырьками при помощи иглы, а также открыть несколько фундаментальных свойств нанопузырьков, связанных с параметрами среды: температурой, концентрацией газа, структурой поверхности, а также описать свойства поверхности, покрытой нанопузырьками.

Мария Костюкова